L’©nergie photovolta¯que

  • View
    97

  • Download
    0

Embed Size (px)

DESCRIPTION

L’énergie photovoltaïque. Qu’est-ce que l’énergie photovoltaïque ?. Le terme «  photovoltaïque  » désigne un phénomène physique. - PowerPoint PPT Presentation

Text of L’©nergie photovolta¯que

Energie Photovoltaique

Lnergie photovoltaqueQuest-ce que lnergie photovoltaque?Le terme photovoltaque dsigne un phnomne physique.Lenergie photovoltaque est une nergie lectrique renouvelable produite partir de la transformation d'une partie du rayonnement solaires par les cellule photovoltaque. les cellules photovoltaques sont fabriques avec des matriaux semi-conducteurs produits partir dune matire premire trs pure (comme le silicium). Ces matriaux mettent des lectrons lorsquils sont soumis l'action de la lumire. Ceux-ci sont jects du matriau et ils circulent dans un circuit ferm, produisant ainsi de llectricit.Ses installation produise de l'lectricit qui peut tre consomme sur place ou alimenter un rseau de distribution.Ce processus ne ncessite aucun cycle thermodynamique intermdiaire, c'est--dire que le rayonnement est directement converti en lectricit sans utilisation intermdiaire de la chaleur.HistoireL'utilisation de l'nergie solaire remonte l'Antiquit. Les Grecs allumaient en effet la flamme olympique grce un systme de miroirs et les rayons du soleil. En 1839, la conversion de la lumire en lectricit sera dcouverte par Edmond Becquerel et sera appele l'effet photovoltaque. En 1913 le premier brevet pour une cellule solaire, dpos par William Coblentz, ne pourra pas fonctionner. En 1916, Robert Millikan sera le premier produire de l'lectricit avec une cellule solaire, mais pendant les quarante annes suivantes, personne ne fera beaucoup de progrs en nergie solaire car les cellules photovoltaques ont un trop mauvais rendement pour transformer la lumire du soleil en nergie. Mais en 1954, trois chercheurs amricains (Chapin, Pearson et Prince) mettent au point une cellule photovoltaque haut rendement (9%) et les Laboratoires Bell construisent le premier panneau solaire, qui tait cependant trop coteux pour tre produit en srie.Lnergie solaire fit de grands progrs lors des lancers de satellites, cette nergie tant le seul moyen non-nuclaire de les alimenter. Cest, en effet, en 1958 qua lieu le premier lancement dun satellite fonctionnant lnergie photovoltaque. L'industrie spatiale investira donc beaucoup de fonds dans le dveloppement des panneaux solaires: c'est la premire utilisation importante de la technologie solaire photovoltaque. Pendant les annes 70 et 80 des efforts sont faits pour rduire les cots de lnergie photovoltaque pour qu'elle soit galement utilisable sur terre: l'nergie solaire connatra un second lan au cours du premier choc ptrolier dans les annes 70. Quand le prix du ptrole augmente fortement, les panneaux solaires photovoltaques commencent tre utiliss pour la premire fois dans les maisons.En effet, en 1973, la premire maison alimente par des cellules photovoltaques est construite luniversit du Delaware et en 1983, la premire voiture alimente par nergie photovoltaque parcourt une distance de 4000km en Australie. Depuis, les panneaux solaires se sont dvelopps lentement.

Pendant longtemps, les panneaux solaires ont t considrs comme des sources d'nergies alternatives. Mais l'nergie solaire est de nouveau en plein essor car on prvoit une pnurie de ptrole prochaine, on se proccupe du rchauffement de la plante et les prix de l'nergie n'ont jamais t aussi hauts.L'nergie solaire devient une priorit pour de plus en plus de pays. Des centrales solaires sont en cours de construction dans le monde entier. Les entreprises d'lectricit et les gouvernements ont offert des subventions et des rductions pour encourager les propritaires investir dans l'nergie solaire pour leur maison. En effet, en 1995, des programmes de toits photovoltaques raccords au rseau ont t lancs, au Japon et en Allemagne, et se gnralisent depuis 2001.

FonctionnementLeffet photovoltaque est la cration de voltage ou de courant lectrique dans un matriau aprs son exposition la lumire. Quand la lumire du soleil (ou de nimporte quelle autre source) arrive sur la surface du matriau, les lectrons de sa couche la plus extrieure (la couche dite de valence) absorbent de lnergie, et, devenant excits (plus nergiss et donc bougeant plus) chappent cette couche et deviennent libres.

Pour exploiter cet effet, on utilise deux couches de silicium, un lement dit semi-conducteur dont les quatre lectrons de valence lui permettent de former quatre liaisons covalentes avec un atome voisin. Dans ce cas, tous les lectrons sont utiliss et aucun nest disponible pour crer un courant lectrique. Cest pour cela que chaque couche est dope par des atomes diffrents:La couche du haut (qui reoit la lumire) reoit un dopage de type N, qui consiste produire un excs d'lectrons par laddition de phosphore;La couche du bas reoit un dopage de type P, qui consiste produire un dficit d'lectrons par laddition de bore.

Ainsi, lnergie ajoute par la lumire du soleil dplace des lectrons de la couche du haut vers la couche du bas. Cependant, certains lectrons ne peuvent pas revenir leur tat initial (en remplissant un des trous de la couche du bas), formant donc un courant lectrique continu.Note: Ce courant est direct et ncessite un onduleur pour le transformer en courant alternatif, qui est la forme de courant utilise par tous les appareils lectroniques daujourdhui.

Les differents types de cellules photovoltaquesLes modules solaires monocristallins: ils possdent le meilleur rendement au m. Ils sont essentiellement utiliss lorsque les espaces sont restreints puisque leur cot est plus lev que celui des autres types de cellules.Les modules solaires polycristallins: ils ont actuellement le meilleur rapport entre la qualit et le prix. C'est pour cela que ce sont les plus utiliss. Ils ont un bon rendement et une bonne dure de vie (plus de 35 ans).Les modules solaires amorphes: ce sont les moins chrs produire, mais aussi les moins efficaces. Le silicium amorphe possde en effet un rendement divis par deux par rapport celui du cristallin.EconomieLe prix du kWh produit par une installation solaire photovoltaque dpend des cots fixes lis l'investissement initial (achat du matriel et travaux), de la quantit de rayonnement solaire reu par l'installation, du rendement de l'installation et surtout de la dure prise en compte pour l'amortissement de l'investissement. Pour un calcul plus prcis, il faudrait tenir compte de la dure de vie moyenne de l'onduleur (trs probablement comprise entre 10 et 20 ans pour une installation domestique).Par exemple, avec une dure de 10 ans:Pour une installation domestique de 3 kW produisant 3000kWh/an, et ayant cot 6/W, le kWh cotait, en 2009, 58centimes; le cot descend 40centimes si on obtient 4500kWh/an (zone bien ensoleille, comme en Corse par exemple) et monte 72centimes si la production n'est que 2500kWh/an (zone moins ensoleille: nord de la France, Belgique);

Pour une centrale solaire telle que celle d'Amareleja (Portugal), ayant cot 261millions d'euros et produisant 93GWh/an, soit 2,8 par kWh et par an, le cot du kWh peut tre estim 28centimes;Pour le projet ( chance 2015) de centrale photovoltaque concentration de Mildura en Australie, d'une puissance de 154MW et produisant 270GWh par an pour un investissement initial de 420millions de dollars australiens (320 millions d'euros), le cot prvisionnel peut tre estim 12 c/kWh.

De toutes les nergies renouvelables, le kWh photovoltaque est (en 2008) de loin le plus cher (20 25centimes pour une centrale et environ 40centimes pour une bonne installation individuelle en France, contre 7 8 pour l'olien par exemple). Cela donnait dbut 2010 un tarif d'achat de 7,4 10,4 fois suprieur pour le photovoltaque en comparaison des prix actuels du march. La technique photovoltaque prsente cependant des possibilits de rduction de cots beaucoup plus grandes que toutes les autres. De plus, il faut tenir compte des conomies sur le rseau lectrique induites par des installations dcentralises de production d'lectricit. Ces facteurs justifient lintrt pour le photovoltaque et expliquent qu'il bnficie d'incitations gouvernementales lui permettant de se dvelopper en dpit de cots plus importants que toutes les autres, dveloppement qui est d'ailleurs une des conditions la baisse des cots.

UtilisationsJusqu' une dizaine d'annes auparavant, lnergie photovoltaque tait utilise frquemment pour les calculatrices et autres petits dispositifs. Mais des amliorations dans les circuits intgrs de puissance ont permis la charge de tels dispositifs de durer plusieurs annes entre les changements de batterie, rendant moins frquente lutilisation de cette nergie. En revanche, lnergie solaire a eu une utilisation croissante rcemment dans des endroits o le cot de connexion au rseau lectrique est trop important. De telles applications comprennent les pompes eau, les parcmtres, les tlphones d'urgence, les compacteurs de dchets et les panneaux de signalisation temporaires. Les panneaux solaires sont aussi utiliss pour alimenter en lectricit des sites isols et difficiles daccs, par exemple des rgions montagneuses.

Dans ces cas, il est intressant dinstaller des panneaux solaires car ceux-ci ne demandent que trs peu, voire aucun entretien. Lnergie photovoltaque est rarement utilise pour donner de la force motrice dans les divers transports, mais elle est utilise comme source dnergie auxiliaire dans certains bateaux et voitures. Un vhicule autonome solaire aurait un pouvoir limit et une faible utilit, mais un vhicule solaire charge permettrait l'utilisation de l'nergie solaire pour le transport. En effet, des voitures solaires ont dj t mises en vidence. Finalement, lnergie photovoltaque est utilise pour obtenir de l'nergie lectrique dans l'espace. AvantagesLnergie solaire est compltement renouvelable: le Soleil narrtera pas dilluminer la Terre.Les 89 PW de lumire solaire atteignant la surface de la Terre par jour sont abondants - prs de 6000 fois plus que les 15 TW consomms en moyenne par les humains. De plus, la production d'lectricit solaire a la plus forte densit